用于对非圆柱形内轮廓进行扩孔的钻头
阅读说明：本技术 用于对非圆柱形内轮廓进行扩孔的钻头 (Drill bit for reaming non-cylindrical inner contour ) 是由 格哈德·斯特雷赫勒 于 2020-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于对非圆柱形的、旋转对称的孔进行扩孔的钻头。该钻头的特征在于,它可以从导向孔的直径开始将工件切割出非常大的腔室。此外,钻头具有简单的设计,并且非常坚固且紧密,使得可以可靠地实现高切削能力。(The present invention relates to a drill bit for reaming non-cylindrical, rotationally symmetric holes. The drill bit is characterized in that it can cut very large cavities into a workpiece starting from the diameter of the pilot hole. Furthermore, the drill bit has a simple design and is very strong and compact, so that a high cutting capacity can be reliably achieved.)
技术领域
本发明涉及一种用于对非圆柱形内轮廓进行扩孔的钻头。
背景技术
用于扩孔的钻头或内部车削装置经常用于在部件的内部产生非圆柱形的、旋转对称的内轮廓。
这种钻头的典型应用是飞机起落架的锻造支腿的扩孔。这种起落架支腿通常具有与产生的弯曲力矩一致的截头圆锥形外轮廓。为了尽可能充分地利用材料并使起落架支腿的重量最小化，在许多情况下，起落架支腿是中空的，并且还具有截头圆锥形的(即非圆柱形的)内轮廓。
为了产生这种内轮廓，使用内部车削装置或钻头，这些内部车削装置或钻头从圆柱形导向孔开始，生成期望的非圆柱形内轮廓。通过腔室钻孔工具将现有的直径为DFB的圆柱形导向孔加宽，使得腔室区域的直径DKmax大于导向孔的直径DFB。
钻头由具有前端和后端的大致圆柱形的主体、与中心轴线同心的侧表面以及布置在圆周上的多个导向块构成，中心轴线在前端与后端之间延伸。用于钻头刀片(insert)的至少一个可径向移位或枢转刀片座被布置在钻头的前端。钻头在后端具有用于紧固到镗床或其它机床的钻管的可拆卸接口。
钻头通常经由在中心布置的控制杆前进。现在，许多机床(诸如CNC控制的深孔钻床、车床或车削-铣削加工中心)具有用于致动控制杆的装置。
大多数已知的钻头需要待加工工件中的导向孔。紧固到机床的钻管的钻头插入到导向孔的一侧(入口侧)上。在钻管与导向孔的后端之间供应诸如深钻油或者水-油乳液的冷却剂，该冷却剂既去除在扩孔过程期间产生的切屑，又冷却切削刃。冷却剂在工件的第二相对侧(出口侧)上流出，冷却剂在那里被捕获并被送回到机床中。
DE 196 05 069 A1公开了这种钻头，在其中被称为内部车削装置。钻头具有滑块，该滑块可沿径向方向(即垂直于孔轴线)运动并且承载刀片。由机床的控制杆致动的纵向滑块安装在切割头中，使得切割头可轴向运动，并经由楔形齿轮联接到滑块。刀片以这种方式前进。
从US 3 854 839(Gottelt)中已知另一种内部车削刀具。该刀具具有两个刀片座，这两个刀片座可枢转地安装在主体中，并且至少一个刀片附接到这两个刀片座中的每一个，以用于加工工件的期望内轮廓(＝腔室)。
刀片座被设计为两侧操作杆，该操作杆的一端承载刀片，另一端具有开槽连杆。两个刀片座的开槽连杆与控制销相互作用，控制销依次固定在可沿钻头的轴向方向移位的轭中。该轭由可以被旋转驱动的带螺纹主轴致动。这样，带螺纹主轴的轴向控制运动被转换成刀片座的枢转运动，并且最终转换成刀片的前进。
在这些以示例的方式提及的钻头中，腔室的最大直径DMax与导向孔的直径DFB之间的比率被限制为相对小的值。该比率应尽可能大。然后，可以从小的导向孔开始制造大的腔室。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻头，其中，实现了腔室的最大直径DMax与导向孔的直径DFB之间的大比率。另外，钻头应允许高的切削能力并且使用起来容易且可靠。
根据本发明，具有一种用于扩孔的钻头，该钻头包括具有后端和前端的主体，该主体在后端具有用于连接到钻管的机械接口和中心孔，其中两个刀片座可枢转地安装在主体上，并且刀片座和前进元件通过以下方式经由连杆运动彼此联接：前进元件相对于主体在径向方向上的运动触发刀片座的枢转运动，并且前进元件在孔中被轴向可移位地引导，本发明的目的通过以下特征实现：前进元件具有第一开槽连杆和第二开槽连杆，销和可选的辊设置在刀片座的后端，第一刀片座的销或辊与前进元件的第一开槽连杆相互作用，和第二刀片座的销或辊与前进元件的第二开槽连杆相互作用。销和开槽连杆形成凸轮机构。刀片座彼此相对地布置。因此，在加工期间几乎完全消除了径向力，并且在相同切屑体积的情况下，切屑厚度减半。
在根据本发明的钻头的情况下，刀片座的枢转范围显著大于专利法文献US 3 854839中已知的方案的情况。这导致刀片座具有较宽的调节范围，因此，腔室的最大直径DMax与导向孔的直径DFB之间的比率(该比率大致对应于钻头的主体的直径)大于现有技术方案的比率。在根据本发明的钻头的一个实施例中，实现了大于1.6的DMax/DFB比率。
另外，在根据本发明的钻头中，刀片座以非常紧凑且坚固的方式被安装并被引导，使得可以实现大的前进和进给。
由于在前进元件与刀片座之间的有利的杠杆比率，前进所需的定位力也相对较小。
刀片座的枢转范围中的部分增加可归因于刀片座的枢转轴线在钻头前端处的定位。
由于根据本发明的前进元件具有用于每个刀片座的单独的开槽连杆，并且开槽连杆沿径向方向在前进元件的几乎整个直径上延伸，所以在根据本发明的钻头中，刀片座的枢转范围显著地增加。下面结合附图的描述更详细地解释根据本发明的连杆运动的细节。
根据本发明的钻头的另一个优点是，该钻头由相对较少的部件构成，这些部件在生产技术方面易于控制，因此生产成本适中，并且钻头的使用寿命非常长。
腔室由根据本发明的钻头在一次切削中制造，而没有中间停止。这减少了加工时间并降低了成本。
在本发明的又一有利实施例中，支承销设置在主体的端面上，并且用于可枢转地安装第一刀片座和第二刀片座。
由于刀片座的、与支承销的纵向轴线重合的枢转点或枢转轴线布置在主体的前端，所以刀片座相对较短且紧凑，使得它们可以安全地吸收和传递在加工期间产生的较大的作用力而不会变形或振动。
为了有效地防止切屑进入钻头内部，圆柱形的突出部形成在主体的端面或前端。支承销的纵向轴线和圆柱形突出部的纵向轴线彼此同轴地延伸。这有助于或允许钻头的有效密封以防止切屑进入。
在另外的有利实施例中，用于刀片座的开口形成在主体的端面上或的前端处，其中开口的纵向轴线正交于支承销的纵向轴线延伸。换言之：开口和刀片座的枢转轴线彼此垂直。
当将刀片座被插入到开口中并且然后推动支承销通过圆柱形突出部进入到刀片座的支承孔中时，刀片座进行枢转运动，该枢转运动的枢转轴线与圆柱形突出部的纵向轴线重合。开口的尺寸以如下这种方式来设计：一个放置在另一个顶部上的两个刀片座在开口中被无间隙地、但以可枢转的方式引导，使得相当大部分的切削力经由该平面的引导从刀片座传递到主体。这减轻了支承轴颈上的载荷，抑制了可能在加工期间发生的任何振动，并且允许传递非常大的力。
由于在本发明中，在根据本发明的刀片座的有利实施例中，至少部分的外轮廓具有圆弧的形状并且该圆弧的中心也与圆柱形突出部的纵向轴线重合，这导致了闭合的圆柱形外轮廓，而与刀片座的枢转位置无关，这使得切屑不可能进入钻头的内部或者将切削减少到非常小的程度。与圆弧形外轮廓邻接的轮廓使刀片座相互清除可能粘在其上的切屑，并且防止切屑堵塞。
通过在圆柱形突出部的区域中或在主体的前端处附接可调节的清洁器，还可以确保没有切屑进入钻头的内部。
根据本发明的前进元件被设计成两部分，并且包括下部件和上部件。上部件与下部件之间的分离平面优选地延伸通过大致圆柱形的前进元件的纵向轴线。上部件和下部件优选地通过螺钉和销可释放地互连。
从分离平面开始，上部件和下部件都具有凹部，其中凹部的深度T对应于刀片座的厚度D。换言之：配备有销的刀片座的端部可彼此相邻地被容纳在前进元件的凹部中。因此，刀片座的后端被无间隙地、但以可枢转的方式引导和安装在凹部中，使得在加工期间可能发生的刀片座的振动也在该点被抑制。
第一开槽连杆和第二开槽连杆形成在凹部的基部上。
在这一点上应当注意，第一开槽连杆与下部件相关联，而第二开槽连杆与上部件相关联。这对于功能没有重要意义，但是有助于本发明的公开和描述。
开槽连杆以如下这种方式来设计：它们优选地在凹部的基部的整个宽度上沿径向方向延伸。即，如果通常弯曲的开槽连杆的端点由直线连接，则这些直线相对于前进元件的纵向轴线以大于30°的角度、优选地大于45°的角度延伸。因此，刀片座的相对大的枢转角度可以通过前进元件在轴向方向上的相对小的运动实现。
尽管如此，所需的前进力相对较低，并且可以经由开槽连杆和销安全地传递到刀片座或相关联的套筒。
如果期望，则开槽连杆可以弯曲成弧形。通过使开槽连杆具有适当的形状，可以在前进元件相对于主体的轴向运动与刀片座的前进之间建立线性关系。这帮助控制根据本发明的钻头的前进。然而，即使利用现代机床控制，完全可以将前进元件在主体中的运动与钻头的切削直径的变化之间的非线性关系考虑在内。然后，开槽连杆可被设计成直的。
在另外有利的实施例中，联接销设置在前进元件上，在可释放联接件的一部分中，并且用于将前进元件可释放地连接到镗床的控制杆。这样，前进运动从控制杆被传递到前进元件。
原则上，可以想到在控制杆与前进元件之间具有大量联接件。在这种联接件的设计中的重要考虑是其简单且坚固。另外，这种联接件还必须是可容易释放和可锁定的。
根据本发明的优选实施例，联接件经由螺纹连接到控制杆，并且联接件具有圆周槽。可以在前进元件的螺纹孔中从外部径向致动的联接销可以被拧入到该槽中。一旦联接销进入联接元件的槽，在控制杆与前进元件之间就产生形状配合连接，并且前进运动可以以控制杆相对于钻头的主体进行轴向相对运动的形式直接且立即地传递到前进元件。
还可以相对工件中具有不同直径的导向孔而使用根据本发明的钻头。由此，例如，如果导向孔明显大于钻头的外径，则可以在根据本发明的钻头上放置其外径与工件中的导向孔的直径相对应的紧定套筒。这使得可以将根据本发明的钻头用于具有不同导向孔直径的不同工件。这免除了购买具有不同直径的不同钻头的必要性，因此非常经济。
紧定套筒经由配合表面定心在钻头的前端处。在钻头的后端或在紧定套筒的后端，在主体的外径与连接环之间推动定距环，使得连接环也被精确地定位且被定心在后端。
不言而喻，导向块和/或减振垫布置在主体和紧定套筒两者上。
可在以下附图、其描述和权利要求中找到本发明的另外优点和有利实施例。在附图、其描述和权利要求中描述的所有特征是单独的还是彼此任意组合的对本发明而言都是必要的。
附图说明
附图中：
图1是根据本发明的钻头的实施例的截面视图，该钻头具有缩回的刀片座或刀片；
图2是具有枢转出的刀片座或刀片的钻头的相同实施例的截面视图；
图3和图4是类似于图1和图2的视图，其中为了清楚起见，移除了刀片座；
图5.1a)和图5.1b)以两个视图示出了根据本发明的钻头的主体；
图5.2c)至图5.2f)以不同截面视图示出了根据本发明的钻头的主体；
图6a)至图6e)以不同的视图示出了前进元件的下部件；
图7a)至图7e)示出了前进元件的上部件；
图8以局部截面视图示出了第一刀片座4；
图9以局部截面视图示出了第二刀片座5；
图10示出了叠置的第一刀片座和第二刀片座；
图11a)至图11e)以及图12a)至图12d)是根据本发明的钻头的各种单独部件的视图；
图13a)至图13c)示出了根据本发明的紧定套筒；
图14是根据本发明的钻头的纵向截面视图，其中附接有紧定套筒；以及
图15至图17是根据本发明的钻头的各种截面视图。
具体实施方式
附图涉及相同的实施例。在图1、图2、图3和图4中，焦点更多地放在钻头的功能上，而其它的一些附图示出了钻头的各个部件和设计细节。
因为根据本发明的钻头是相对复杂的刀具，所以在装配图(例如图1至图4)中无法看到所有细节。因此，各个部件在不同的视图中以单独的附图示出，因此，根据本发明的钻头的操作模式和结构可以从所有附图的概览中理解。
图1示出了根据本发明的钻头的纵向截面视图，该钻头包括具有中心孔30的管状主体1。图1中的主体1的右手端是后端，而主体1或钻头的前端32在图1中被示出在左手侧。
支承销9在主体1的前端32可见，两个刀片座4和5可枢转地安装在该支承销上。刀片座4和5是双臂操作杆，其枢转点由支承销9确定。刀片座4、5的第一操作杆示出在支承销9的左侧，多个刀片38被布置在该第一操作杆上。使用多个相对小的刀片具有产生窄切屑的优点。总共五个刀片38布置在刀片座4的第一操作杆上，而在刀片座5的第一操作杆上布置有四个刀片38。此问题，两个刀片座的刀片38被布置以便在刀片座4和5上稍微偏移，从而产生断续的切屑或相对窄的切屑。这种偏移在图10中被示出。
在图1中，刀片座4、5被示出为处于完全枢转入的位置，使得最外面的刀片38的末端不会突出超过由点划线40指示的导向孔的直径DFB。
为了实现刀片座4和5的这种枢转位置，必须将前进元件42在中心孔30中一直推到前端32，可以在图1中看到该前进元件的下部件26的一部分和上部件3。这种前进运动经由控制杆11和联接件12传递到前进元件42。
当控制杆11相对于主体1向右移动时，如图2所示，那么它带动前进元件42。结果，刀片座4和5向外枢转，使得刀片38的末端在径向方向上明显突出超过主体1或导向孔的直径。图2中示出了最大直径DMax以及导向孔40的直径DFB，该直径DFB对应于钻头的最小直径。在所示的实施例中，比率DMax/DFB大于1.55。
在图2和图10中可以清楚地看到，刀片座4和5具有稍微不同的几何形状，使得在其上布置刀片38的直径是不同的。在所示的实施例中，最终直径由刀片座4上的最外面的刀片38产生。相反，刀片座5的刀片38被布置为稍微径向向后。
刀片座4和5的枢转运动通过正向驱动的连杆运动(凸轮机构)来执行。销18和可选的辊19被布置在刀片座4、5中的每一个的后端。这些销18或辊19中的每一个都接合在前进元件42的开槽连杆中。
前进元件42的各个部件(即下部件3和上部件26)在图6和图7中被详细示出。第一开槽连杆44结合在下部件3中，而第二开槽连杆46设置在上部件26中。从图1和图2的比较中可以看出，当前进元件42在图1和图2所示的两个端部位置之间移动时，销18和辊19“漂移(drift)”通过开槽连杆44和46。
图3和图4再次使用刀片座4作为实例示出了运动控制。为了清楚起见，未示出刀片座5。
图5.1以侧视图(图5.1a))和前视图(图5.1b))示出了主体1。图5.2以纵向截面视图(图5.2c))和沿着线B-B、C-C和D-D的各个横截面视图(图5.2d)至图5.2f))示出了主体1。
从图5.1a)的侧视图中可以看出，不同的凹入部48、50和52产生在主体1的外径上。凹入部48、50和52用于容纳导向块或减振垫。
细长孔54被设置在线D-D的区域中的上部件中。细长孔54使得可以致动联接销13，从而在前进元件42的下部件26与联接件12(参见图11a)至图11e))之间产生形状配合连接。例如，从图1中可以看出，联接销13被拧入到联接件12中的圆周槽56中，以便产生适合的形状配合连接。圆周槽56的侧面也可以是略微锥形的。联接件12经由中心连接螺钉17依次连接到控制杆11。
在图5.1a)中还可以看到开口58。纵向止动件15插入通过该开口58，并利用四个螺钉被拧到主体1。由此，限制了前进元件42在主体1内的轴向运动。圆柱形突出部60形成在主体1的前端32上。在图5.2c)的截面视图中，圆柱形突出部的纵向轴线具有附图标记64。所述轴线与支承孔62的纵向轴线重合，因此也与支承销9的纵向轴线重合。
从图5.2d)至图5.2f)的截面视图中可以看出，开口66设置在主体1的前端32处。开口66的纵向轴线与主体1或孔30的纵向轴线重合。从沿着线B-B(图5.1a))的截面视图可以看出，开口66具有矩形横截面。刀片座4和5被容纳在该开口66中，并且以平面的方式被引导和保持。大部分切削力经由刀片座4、5与开口66之间的接触表面被引导至主体中。
在图5.1a)的侧视图中，配合表面68在前端区域中被示出。归根结底，这只不过是直径略有减小并且经过非常精确研磨或以其它方式精细加工的区域。如果需要，紧定套筒23(参见图13a))可被放置在该配合表面68上，然后在那里居中。当例如再加工减振垫时，该肩部还用于在车床上容纳钻头。在主体1的相对端，形成有可以容纳定距环24的肩部70(参见图12a))。
在图6和图7中，以不同的视图和截面视图示出了前进元件42的下部件3(图6a)至图6e))和上部件26(图7a)至图7e))。当下部件3和上部件26螺纹连接在一起时，它们具有圆柱形外轮廓，其直径对应于主体1中的中心孔30的直径。在主体1中的中心孔30与下部件3和上部件26的圆柱形外轮廓之间存在具有小间隙的配合(间隙配合)。由此，前进元件42以轴向可移位的方式在主体1的中心孔30中被引导。
从图6d)的截面视图B-B可以看出，下部件3在该区域中被设计成圆形。在那里，外径也对应于主体1中的中心孔30的直径。
下部件在中心具有容纳部72。联接件12(参见图1)插入到该容纳部72中。此外，具有开口到容纳部72中的径向延伸的螺纹孔74。图6a)和图6e)中示出了旋转的螺纹孔74。图6d)中正确地示出了螺纹孔74的位置。联接销13(参见图1和图2)被拧入到螺纹孔74中。当联接销13接合在联接件12的圆周槽56(参见图1)中时，在联接销12与前进元件42的下部件3之间具有形状配合连接。
图6a)至图6e)中未示出联接销13。所述销由螺丝刀致动，该螺丝刀通过细长孔54插入到主体1的内部(参见图5.1a))。
在中心区域(参见图6c)中的截面视图A-A))，下部件3被设计成半圆柱体。也就是说，在该实施例中，联接元件42的纵向轴线位于下部件3与上部件26之间的接触表面76上。
在图7a)至图7e)中，以不同的视图示出了前进元件42的上部件26。在接触表面76的区域中，形成用于容纳螺钉(未示出)或配合销(未示出)的通孔。
这使得前进元件42的上部件26和下部件3可以被拧紧并被销接在一起。下部件3与上部件26之间的分离平面与两个部分的两个接触表面76之间的接触表面重合。
在上部件26中还形成有凹部80。第二开槽连杆46结合在凹部80的基部中。
刀片座4的销18或辊19接合在第二开槽连杆46中。
在图8和图9中，以不同的视图和截面视图示出了刀片座4和5。从图8和图9中可以清楚地看出，刀片座4、5可被理解为双臂操作杆。枢转轴线大致延伸穿过刀片座4、5的中心。所述轴线由孔82限定。
刀片38被布置在刀片座4、5的第一臂上。从图10中可以看出，两个刀片座4和5的刀片38不是布置在相同的直径上。在这里，刀片座4和5中的一个放置在另一个的顶部。刀片座4和5的外轮廓被设计成在每种情况下都具有两个圆弧形部分(34)。圆弧34的中心与孔82的中心重合。在安装位置上的刀片座4、5后端的孔84用于容纳销18，由此间接容纳辊19。辊19接合在前进元件42的开槽连杆46和44中。
可以看出，两个刀片座4和5中的孔82和84之间的距离是相同的。圆弧34也被设计成相同的。当将刀片座4和5插入到主体中时，与圆柱形突出部60一起在突出部60的区域中形成平滑的外轮廓，并且切屑不能进入到钻头的内部。
图11示出了：
减振垫2(图11a))、密封垫7(图11b))，该密封垫7在端面32处使用以密封开口60的区域中的钻头、以及连接板8(图11c))，连接板8被布置在导向块6与主体1之间，以便使导向块或钻头的直径精确地适应导向孔40的直径。
销9(图11d))和联接件12(图11e))也在图11中被示出。在联接件12中，可以清楚地看到圆周槽56以及中心孔(没有附图标记)。从图1和图2中可以看出，连接螺钉17插入穿过中心孔并被拧到控制杆11中。
在图12a)中示出了定距环24。定距环24用于使紧定套筒23(参见图13a))在主体1的后端居中。
图12b)示出了盖或保护板14。盖或保护板用于覆盖主体1中的致动开口。致动开口允许通过将联接销13拧入到联接件12中的圆周槽56中(参见图1)而将联接销13安装在下部件3中。
还示出了端部止动件15(图12c))、销18、辊19和盘25(图12d))。盘25用于将销18轴向地紧固在刀片座4、5中(参见图15)。
在图13中示出了紧定套筒23。所述套筒在图13a)的其左侧的端部处具有孔86，该孔的直径精确地匹配于主体1的前端32处的配合表面68(参见图5.1a))。因此，紧定套筒23经由孔86和配合表面68而定心在前端32处。配件88形成在紧定套筒23的后端(即，图12a)中的右手侧)。配件88的直径对应于定距环24的外径(参见图12a))，使得紧定套筒23经由主体1上的配件88和定距环24被定位并被定心在后端。
紧定套筒23具有凹入部48、50和52，凹入部具有与主体1的凹入部48、50和52相同的尺寸和功能。
导向块和减振垫以及连接板8(如果有必要)被插入到凹入部中。
开口90形成在紧定套筒23中(参见图13a))。例如使用螺丝刀等能够通过该开口90到达主体1中的细长孔54，然后到达前进元件42中的螺纹销或联接销13。
图14示出了根据本发明的钻头，该钻头具有附接的紧定套筒23和定距环24。与没有紧定套筒的设计相比，导向孔的直径DFBA更大。这样，能够通过使用不同的紧定套筒23而使钻头适应不同的引导直径或导向孔的不同直径。
图15示出了具有插入的刀片座4和5的前进元件42的截面视图。该截面视图清楚地示出了刀片座4和5的后端与开槽连杆46和44之间借助于销18和辊19的联接(凸轮机构)。
图16示出了根据本发明的钻头的前视图。在该视图中，可以清楚地看到，开口66被刀片座4和5完全填充，使得切屑几乎不可能进入到钻头的内部中。另外，在该视图中可以清楚地看到密封垫7。
图17示出了根据本发明的钻头的截面视图。在该截面视图中，可以看到保护板14、细长孔54、联接销13、联接件12中的圆周槽56以及前进元件42和端部止动件15中的轴向凹槽78。
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